연구논문자료

식물플랑크톤과 물벼룩(Daphnia magna)의

먹이사슬을 이용한 하수중의 영양염류 제거

강원도청 맑은물 보전과에 근무하고 있는 김순래 박사의 논문이 지난 2월 국제학술지인 '생태공학(Ecological engineering)'지에 실려 학계의 관심을 끌고 있다.

김순래 박사(42세, 이학박사)는 '식물플랑크톤과 물벼룩의 먹이사슬을 이용한 하수중의 영양염류 제거'라는 논문을 통해 '물벼룩을 이용한 생태복원을 시도, 큰 효과를 거뒀다'고 밝힌 바 있다.

김 박사의 연구는 식물플랑크톤인 녹조류가 인, 질소 등의 영향으로 급격히 증가하는 부영양화 현상에 대해 녹조류를 먹이로 하는 동물플랑크톤인 물벼룩을 이용해 해결한다는 것이 골자다.

논문 내용은 첨부파일에 있습니다.

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아래 내용은 대청호보전운동본부 6월호 대청호소식에 게제된 요약분입니다.

식물플랑크톤과 물벼룩의 먹이사슬을 이용한 하수 처리

현재 국내에 산재해 있는 18,000여개 저수지 중 상당수는 1980년대 경제발전으로 인한 부영양화 현상으로 수질이 악화되었다. 이러한 현상은 식물의 성장을 제한하고 있는 영양염류(질소, 인)의 과다한 유입으로 수중의 식물플랑크톤 등이 이상 증식하게 되어 하천과 호수에서의 녹조현상, 수돗물의 이취미 문제, 남조류 독소 문제, 정수장의 여과지 폐쇄와 응집장애로 인한 정수처리 비용증가 및 해역의 적조현상으로 인한 양식어장 피해가 발생된다. 우리나라 하수의 특성은 영양염류의 농도는 높고 유기물질 농도(C/N ratio)가 상대적으로 낮아서 하수처리장에서 유기물질의 제거는 효과적이나, 질소와 인의 제거가 매우 미흡한 것을 지적할 수 있다. 따라서, 최근에는 이러한 어려움을 극복하기 위하여 설치비가 저렴하고 운영도 쉽고, 영양염류의 제거효율이 높은 생태기술(ecotechnology)에 대한 많은 관심과 연구가 중점적으로 진행되고 있다. 이 처리과정은 크게 하수 → 식물플랑크톤 → 동물플랑크톤(물벼룩)의 먹이사슬을 이용한 시스템으로 구성되었다. 즉, 하수 중의 영양염류는 식물플랑크톤의 성장과정에서 제거되고, 다시 식물플랑크톤은 동물플랑크톤(물벼룩)의 먹이로 이용된다. 결국 최종적으로 성장된 물벼룩을 수체 밖으로 걷어냄으로써 하수 중의 유기물질과 영양염류가 제거되었다. 물벼룩 배양조를 거친 처리된 하수는 수세식 화장실 용수, 살수용수 및 조경용수로 사용할 수 있는 긍정적인 면이 있다. 실험 장치는 하수 저류탱크(storage tank)와 식물플랑크톤 배양조(phytoplankton tank), 그리고 물벼룩 배양조(D. magna)로 구성되었다. 물벼룩 배양조 가운데 바닥부분은 플랑크톤의 사체나 슬러지(sludge) 등이 쉽게 가라앉도록 경사를 유지시켰다. 여기서 적용된 운전 조건은 햇빛을 잘 받을 수 있는 야외에서 실시하였고, 식물플랑크톤(녹조류)가 잘 증식되도록 교반(30rpm)하여 혼합시켜 주었고, 물벼룩은 좋은 환경조건에서 번식력이 높으며 이 실험에서는 매일 30%씩 수확하였다. 또한 유지되어야할 적절한 개체수로는 식물플랑크톤은 874 mg/m3이었고, 물벼룩은 684 마리/ℓ 정도였다. 체류시간은 4.5일(식물플랑크톤조 3.0일, 물벼룩조 1.5일)에서 60일 동안 현장과 동일한 조건으로 가동하였다. 유입되는 하수와 최종 처리수의 농도는, 유기물질(BOD) 61 → 7 ㎎/ℓ로 89% 제거, 질소(TN) 35.5 → 11.4 ㎎/ℓ로 68%, 인(TP) 3.3 →1.3 ㎎/ℓ로 56%의 제거효과가 있었다. 그리고 식물플랑크톤, 물벼룩(D. magna) 그리고 슬러지(sludge)를 분석한 결과, 식물플랑크톤은 질소 10.5%, 탄소 36.7%, 수소 6.4%, 황 0.6% 그리고 인은 2.0% 였고, 물벼룩은 질소 12.2%, 탄소 39.5%, 수소 6.3%, 인은 2.0%, 슬러지의 성상은 질소함량 11.4%, 탄소 32.4%, 수소 4.8% 그리고 인은 0.9%로 함유되어 비료로 사용하여도 무방하였다. 이 처리 시스템은 몇 가지 장점을 갖고 있다. 첫째, 이 시스템은 태양에너지를 이용하므로 현장에 적용시킬 때 기존의 처리시설과는 달리 복잡한 시설이 필요 없다. 둘째, 쓸모가 없던 영양염류가 가치있는 생체로 전환된다. 수확된 물벼룩은 물고기의 먹이로 사용할 수 있다. 셋째, 기존의 처리 방법과 비교하면 운전과 관리가 쉽고, 넷째, 영양염류를 감소시킨 처리수는 자연수계로 방출되더라도 생태적 충격을 감소시킬 수 있으며, 세정수 또는 정원수로 재사용할 수 있다. 처리된 물의 재사용은 물 공급량을 줄일 수 있기 때문에 물부족 문제를 해결하는 하나의 방법이 되는 것이다. 마지막으로, 추운 겨울동안 이 시스템을 유지하기 위해서 온실 같은 구조와 식물플랑크톤과 물벼룩을 배양할 별도의 공간이 필요하지만, 이 생태학적 시스템을 공공의 장소에 설치, 전시하면 환경교육의 좋은 아이템이 될 수 있을 것으로 판단된다.

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